ANALISIS VARIASI GPS TEC YANG BERHUBUNGAN DENGAN GEMPABUMI BESAR DI SUMATERA

Transkripsi

1 ANALISIS VARIASI GPS TEC YANG BERHUBUNGAN DENGAN GEMPABUMI BESAR DI SUMATERA Hendri Subakti 1, Nanang T.Puspito, Djedi S.Widarto 3 1 BMG, FITB-ITB, 3 Pertamina-EPTC Abstrak Sinyal radio rekuensi-ganda yang dipancarkan dari satelit Global Positioning System (GPS) memungkinkan untuk pengukuran jumlah total elektron, disebut sebagai total electron content (TEC), di lapisan ionoser sepanjang berkas sinyal antara satelit dan penerima GPS. Pengolahan dierensial TEC (dtec) secara spasial dan slant TEC menggunakan data jaringan Sumatran GPS Array (SUGAR) dengan memakai perangkat lunak algoritma GAMIT (GPS Analysis at Massachusetts Institute Technology). Sedangkan variasi dan distribusi vertical TEC diolah dengan perangkat lunak matlab7. Hasil analisis menunjukkan adanya variasi nilai TEC baik itu penurunan maupun peningkatan jumlah elektron. Selama kurun waktu bulan Desember 4 sampai April di Sumatera terjadi 1 kali gempabumi dengan kekuatatan M 6. dimana 9 gempabumi diantaranya muncul anomali TEC (penurunan nilai TEC dibawah nilai batas bawah) 1 sampai 6 hari sebelum gempabumi terjadi. Anomali TEC ini dapat dipandang sebagai pertanda (precursory signal) yang muncul sebelum terjadi gempabumi. Kata kunci : GPS, TEC, GAMIT, SUGAR, sinyal precursor Abstract The double-requency radio signal which is broadcasted by Global Positioning System (GPS) Satellite enables to measure the number o Total Electron Content (TEC). It exists along ionosphere between the signal beam and GPS receiver. The calculation o TEC dierential ( dtec ) and slant TEC use the Sumatra GPS Array ( SUGAR ) network data. It is done by utilizing the GAMIT (GPS Analysis at Massachusetts Institute o Technology) algorithm sotware. The distribution o variation and vertical TEC are processed by using Matlab 7 Sotware. The result o the analysis shows the existence o TEC value both the decrease and the increase o electrons number. From December 4 until April, ten earthquakes occurred in Sumatra with the magnitude M>6.. Nine o them appeared the TEC anomaly (the decrease o TEC value is below the lower bound) in 1 up to 6 days beore the earthquakes stroke. The TEC anomaly is considered as the precursory signal that occurs beore the earthquake strikes. Keywords : GPS, TEC, GAMIT, SUGAR, precursory signal. 1. PENDAHULUAN Latar belakang dilakukan penelitian GPS- TEC ini karena hingga saat ini belum ditemukan metoda yang akurat untuk memprediksi gempa bumi. Wilayah Indonesia termasuk wilayah rawan bencana gempabumi,data statistik menunjukkan ratarata selama kurun waktu setahun bisa terjadi dua kali gempabumi besar yang merusak dan menimbulkan korban harta dan jiwa yang tidak sedikit. Hal ini menambah motivasi penulis mengadakan penelitian tentang precursory signal gempabumi. Prediksi gempabumi menyangkut tiga hal yang pokok yaitu dimana gempabumi akan terjadi, berapa besar kekuatan gempabumi dan kapan gempabumi akan terjadi. Hingga saat ini 11

2 ISSN sudah banyak para ahli gempabumi yang bisa mempridiksi lokasi dan kekuatan gempabumi yang akan terjadi,namun belum bisa mempridiksi dengan akurat kapan saat gempabumi akan terjadi. Secara umum prediksi gempabumi dapat diklasiikasikan dalam tiga bagian yaitu prediksi jangka panjang (long term), menengah (intermediate term), dan jangka pendek (short term). Prediksi jangka pendek perlu mendapatkan beberapa enomena alam yang dapat diamati sebagai tanda-tanda awal (precursor), yang berhubungan dengan kejadian gempabumi. Salah satunya adalah pengukuran variasi TEC dengan alat GPS. Global Positioning System (GPS) merupakan salah satu wahana untuk mempelajari enomena yang terjadi di ionoser, melalui suatu sinyal gelombang mikro yang menjalar dari satelit pemancar ke stasiun penerima GPS di permukaan atau dekat permukaan bumi. Stasiun penerima GPS dengan sinyal rekuensi ganda memungkinkan pengukuran jumlah elektron total, yang dikenal sebagai Total Electron Content (TEC), di sepanjang jalur perambatan sinyal antara kedua stasiun tersebut. Di Indonesia belum banyak ahli yang meneliti tentang prediksi gempabumi. Saat ini yang sedang berkembang adalah prediksi gempabumi berdasarkan enomena medan elektromagnetik (EM). Studi enomena EM yang berhubungan dengan prediksi gempabumi terbagi dalam dua bagian utama. Pertama, untuk menemukan beberapa perubahan siat-siat bumi sebelum gempabumi (pre seismic change) seperti nilai tahanan jenis listrik dan magnetisasi. Kedua adalah untuk mendeteksi tanda-tanda sinyal EM sebelum gempabumi terjadi. Prediksi gempabumi dengan metoda berdasarkan enomena medan elektromagnetik (EM) pertama kali dilakukan di Yunani pada tahun 198 dan dikenal dengan metoda VAN (Varotsos-Alexopoulus- Nomicos). Pada awal 199 Fraser-Smit et. al. (199), Kopytenko et. al. (1993), Hayakawa et. al. () melaporkan bahwa ada perubahan medan EM beberapa hari sebelum terjadi gempabumi Kobe-Jepang pada tahun 199. Kemudian Liu et. al. ( dan 4) Dengan monitoring GPS-TEC melaporkan bahwa ada gangguan ionosera sebelum terjadi gempabumi yang berkekuatan M 6. di daerah Chi-Chi dan Chia-Yi Taiwan antara tahun 1997 sampai 1999.Dari gempabumi yang diteliti, 16 gempabumi diantaranya muncul precursor sebelum terjadi gempabumi. Gangguan atau anomali TEC ini dapat dijadikan pertanda awal (precursory signal) gempabumi. Diharapkan dengan mengetahui anomali distribusi spasial TEC dapat dijadikan precursor gempabumi dalam rangka prediksi gempabumi jangka pendek.. DASAR TEORI.1 Ionoser Beberapa laporan yang menjelaskan prosesproses isika dan kimia yang terjadi di ionoser secara rinci dapat ditemukan di antaranya dalam McNamara (1994) dan Davies (199). Secara umum, ketinggian terendah ionoser adalah sekitar km sampai mencapai ketinggian sekitar 1 km (Gambar 1 ). Dalam kenyatannya, batas atas ionoser tidak dapat ditentukan dengan tepat karena diduga bahwa kerapatan elektron semakin menipis atau mengecil menuju plasmaer atau protonoser dan sesudah itu adalah lapisan plasma antar planet (Langley, 1996). Plasmaer merupakan suatu lapisan di atas ketinggian sekitar 1 km dimana kerapatan atmoser netral sangat kecil dan ion positi berupa proton sangat besar jumlahnya, sehingga disebut juga sebagai lapisan protonoser Berdasarkan terdapatnya perbedaan molekulmolekul dan atom-atom di dalam atmoser dan tingkat perbedaan mereka dalam kemampuan menyerap, maka lapisan ionoser dapat dibagi ke dalam suatu deretan wilayah atau lapisan secara tegas. Lapisan itu diberi tanda dengan huru-huru D, E, F 1 dan F. Secara kasar, lapisan D berada lebih rendah dari 9 km, lapisan E memiliki puncak sekitar 1 km, F 1 berpuncak antara km, dan lapisan F berpuncak antara -6 km. Pada waktu malam hari, lapisan D dan E menghilang, sedangkan lapisan F 1 dan F bergabung membentuk lapisan F. Kerapatan elektron maksimum terjadi pada lapisan F. 1 JURNAL METEOROLOGI DAN GEOFISIKA, Vol. 9 No.1 Juli 8 : 11-3

3 Secara umum seluruh lapisan tersebut secara kelompok disebut sebagai bagian bawah ionoser (bottomside). Bagian dari ionoser antara lapisan F dengan batas atas ionoser disebut sebagai bagian atas ionoser (topside). Di dalam lapisan F dimana umumnya kerapatan elektron maksimum terjadi sebagai konsekuensi dari penyerapan sinar ultra violet ekstrim (extreme ultraviolet, EUV) dan meningkatnya kerapatan atmoser netral seiring menurunnya ketinggian Gambar 1. Proil vertikal lapisan D,E,F1 dan F(Davies, 199) Gambar. Proil lapisan D,E,F1,F pada siang dan malam hari (Davies, 199).. GPS Publikasi yang membahas masalah GPS dan aplikasinya telah banyak tersedia. Prinsipprinsip dasar tentang GPS dijelaskan secara rinci, misalnya oleh Kleusberg dan Teunissen (1996), Parkinson et. al. (1996), Leick (199), dan Homann-Wellenho et. al. (1997). Teori dan inormasi praktis tentang GPS dapat diakses melalui Langley (1997). Satelit-satelit GPS memancarkan sinyal gelombang radio dengan rekuensi-ganda, yakni 1=17,4 MHz dan =17,6 MHz. Sinyal pembawa (carrier signals) kemudian dimodulasikan asanya ke dalam bentuk coarse/acquisition code (C/A-code) dan precise code (P-code) dengan siklus perulangan code adalah masing-masing sebesar 1,3 MHz (sekitar 1 msec=3 km) dan 1,3 MHz (sekitar,1 msec=3 km). C/A-code dimodulasikan hanya terhadap sinyal L1-carrier dan P-code dimodulasikan terhadap sinyal L1 dan L. Inormasi navigasi dengan tingkat cuplikan rendah, yakni Hz, juga dimodulasikan terhadap L1 dan L yang dapat dilihat pada Gambar 4. Kedua sinyal, yakni pseudorange dan carrier phase, merupakan dua data dasar yang diamati oleh stasiun penerima GPS. Stasiun penerima GPS membuat replika dari kedua rekuensi L-band yang dipancarkan oleh satelit-satelit dan kemudian membedakan keduanya dengan sinyal tergeser Doppler (Doppler shited signals) yang datang untuk menghasilkan sebuah rekuensi denyut (a beat requency)..3 Mekanisme Fisis Anomali TEC Sejauh ini belum ada teori yang pasti penyebab terjadinya anomali TEC sebelum terjadi gempabumi. Namun ada beberapa pendapat yang dapat menjelaskan gambaran tentang mekanisme isis anomali TEC yang dapat dilihat pada gambar. Menurut Kamogawa (4) ada beberapat pada saat sebelum kejadian gempabumi (preearthquake) di area yang akan terjadi gempabumi (area preparation earthquake). Pendapat pertama diduga karena adanya emisi gas radon yang umumnya muncul di wilayah yang banyak mengandung air bawah tanah yang reservoirnya berupa batuan beku asam, seperti batuan granit. Emisi gas radon yang mengandung ion-ion positip ke ionoser menyebabkan berkurangnya kandungan elektron. Pendapat ini digolongkan sebagai chemical eect. Pendapat kedua diduga ada penomena Positive Hole Diusion yang mengeluarkan ion-ion positip sebagai penyebab berkurangnya jumlah elektron dilapisan ionoser. Pendapat ini digolongkan proses electrical eect. Pendapat ketiga diduga karena adanya proses panas (heating) saat terjadi stress pada batuan sebelum gempabumi terjadi. Pendapat ini digolongkan 13

4 ISSN sebagai chemical eect. Pendapat keempat menduga karena adanya gelombang gravitas akustik (Acoustic Gravity Waves) yang muncul sebelum terjadi gempabumi. Pendapat ini digolongkan mechanical eect. Chemical Channel: Radon? Mechanical Channel: AGW? Gambar 3. Mekanisme isis anomali TEC yang berhubungan dengan bumi ( Kamogawa, 4) dimana TEC * (elektron/m ) adalah eek ionoser dalam bentuk kandungan elektron total sepanjang garis penglihatan antara stasiun penerima dan satelit GPS. Persamaan (1) di atas dikenal juga sebagai waktu pelambatan ionoser hasil pendekatan orde pertama dari persamaan Appleton- Hartree. Dengan demikian, selisih waktu pelambatan untuk rekuensi L1 dan L dapat ditentukan berdasarkan persamaan berikut : T ion T ion L T ion L1 ( ) TEC 1 1 4,8 * L L1 atau disederhanakan menjadi : L L STEC * 1 ( 3 ) 1 T ion 4,8 L1 L dimana L1 =17,4 MHz, L =17,6 MHz..4. Penentuan TEC Lebih dari dua dekade terakhir ini, noise ionoser (ionospheric noise) pada pengamatan GPS rekuensi-ganda telah digunakan untuk mendapatkan inormasi tentang ionoser dan sebagai bahan dalam penelitian lanjutan untuk mempelajari ionoser. Dari perbedaan antara hasil pengukuran dalam dua rekuensi tersebut, nilai TEC sepanjang jalur sinyal antara satelit GPS dan stasiun penerima GPS di permukaan bumi dapat dihitung. TEC dideiniskan sebagai jumlah total elektron di dalam plasma terionisasi dalam bentuk tabung imajiner (dalam bentuk sayatan 1 m ) antara satelit dan penerima GPS. Kerapatan plasma di ionoser selalu berubah terhadap waktu dalam bentuk variasi harian, musim dan adanya aktivitas matahari. Karena itu, variasi TEC terhadap waktu mencerminkan dinamika antariksa dekat Bumi. Diketahui persamaan nilai waktu pelambatan ionoser (ionospheric delay time) T ion () (dalam detik) sebagai berikut : T ion 14 4,8 4,8 ( ) t g t Nds S TEC * ( 1 ) Jika cos z sin( A E), maka: sin( A E) 1 1 JURNAL METEOROLOGI DAN GEOFISIKA, Vol. 9 No.1 Juli 8 : 11-3 cos R Rh AE cos E 1/ 1/ ( 4 ) Pada persamaan (4), nilai VTEC dapat ditentukan dari nilai STEC melalui persamaan berikut : VTEC STEC 1 R Rh cos cos E STEC 1 1 h R E 1/ ( ) Nilai STEC pada persamaan (4) ditentukan berdasarkan perkalian antara nilai TEC * pada persamaan (3) dengan ungsi slant S(e) : (6 ) Rh R sin ( e) R Rh 1 S( e) R sin ( e) R 1 h1h sehingga STEC TEC * S( e). Jika jejari rerata Bumi R=6378 km dan ketinggian ionoser Indonesia h=3 km, maka nilai VTEC dapat diperoleh berdasarkan persamaan berikut :

5 e VTEC STEC 1,89cos E ( 7 ) Satuan VTEC dinyatakan dalam TECU (atau TEC Unit) dimana 1 TECU=1 x 1 16 elektron/m. Gambar 4. Perhitungan TEC GP S n e (h) P Centre o Earth TECs = N e ds h I Raypath S GPS Mapping unction TECv=TECs / sec Gambar. Deinisi Total Electron Content (Puspito,N.T.,Barus,P.A.,Widarto,D.S.,7). Indeks Dst Sudah diketauhi sejak lama bahwa komponen horizontal, H, dari medan geomagnetik menurun sewaktu terjadi gangguan magnetik besar dan bahwa proses kembalinya kepada tingkat rata ratanya terjadi secara bertahap. (Broun, 1861 ; Adam, 189 ; Moos, 191). Analisa secara menyeluruh terhadap morologi badai magnetik telah dilakukan oleh Chapman (193,19), Vestine et.al (1947), Sugiura and Chapman (196). Kajian kajian tersebut telah menujukkan bahwa pada ekuator dan lintang menengah, penurunan H sewaktu terjadi badai magnetik diperkirakan dapat direpresentasikan oleh medan magnetik yang seragam yang parallel terhadap sumbu dari kutub geomagnetik dan mengarah ke selatan. Kekuatan dari medan gangguan yang simetris terhadap sumbu bervariasi seiring dengan waktu badai, dan dideinisikan sebagai waktu yang diukur sejak badai mulai terjadi. Permulaan dari badai magnetik seringkali ditandai oleh kenaikan global H secara tiba tiba, yang direerensikan sebagai permulaan mendadak badai atau storm sudden commencement dan disebut sebagai SSC. Komponen H biasanya tetap berada di atas level rata-ratanya untuk beberapa jam, ase ini disebut sebagai ase awal badai (initial phase). Kemudian penurunan besar-besaran secara global pada H dimulai, dan mengindikasikan pembentukan ase utama dari badai.kekuatan dari penurunan H melambangkan tingkat keparahan gangguan. Meskipun deskripsi di atas memberikan gambaran rata rata statistik dari badai magnetik, dalam kasus kasus individual terlihat variasi yang sangat jauh berbeda antara badai satu dengan badai yang lain. Kita menyebut Dst sebagai medan gangguan (disturbance ield), yang simetris secara axial terhadap sumbu axis kutub, dan dilihat sebagai ungsi dari waktu badai. Jika index monitoring Dst dalam H diturunkan secara kontinyu sebagai ungsi dari UT, variasi akan sangat jelas mengindikasikan terjadinya badai magnetik dan tingkat keparahannya saat badai itu terjadi. Kemudian, meski dalam ketiadaan badai magnetik yang berbeda, indeks tersebut akan memonitor secara kintinyu gangguan gangguan yang lebih kecil daripada gangguan yang biasa disebut sebagai badai magnetik, atau gangguan yang mulai secara bertahap tanpa permulaan yang jelas. Oleh karena itu, variasi Dst yang diturunkan akan memberikan pengukuran kuantitati dari gangguan geomagnetik yang dapat berhubungan dengan parameter parameter matahari dan geoisika lainnya. 3.DATA DAN METODA Penelitian ini menggunakan data GPS- SUGAR (Sumatran GPS Array) yang terdiri dari jaringan stasiun receiver GPS di Sumatera. Lokasi Stasiun GPS dan episenter tersebut dapat dilihat pada Gambar 7 dibawah ini : 1

6 ISSN L=17,6 MHz. T ion = selisih waktu pelambatan untuk rekuensi L1 dan L Sedangkan, VTEC STEC 1.9cos E Untuk dierensial TEC(dTEC dengan: dihitung dtec = TEC - TEC_model Gambar 6. Peta lokasi Stasiun GPS dan episenter Data yang digunakan mulai bulan Desember 4 sampai dengan bulan April. Data gempa bumi yang digunakan adalah sebagai berikut : EQ YY 4 MM DD Hr-UTC Min Sec. 3,4 44,8,6 36, 3,66 1,1 36, 11, 43,47 3,6 LAT. 3.9,9,9,8 3,6 -,4 -,1-1,64 1,4,3 LONG. 9,98 9,3 9,9 97,1 94,79 97,64 97,97 99,6 96,8 96,8 DEPT Km Tabel 1. Data tahun 4 MAG 9, 6,7 6,8 8,6 6, 6, 6, 6,7 6,1 6, Untuk mengidentiikasi signal abnormal yang berhubungan dengan gempabumi kita hitung nilai rata-rata TEC mundur selama 1 hari, dan standar deviasi σ(t) sebagai reerensi waktu spesiik.kita turunkan harga normal TEC* sbb: TEC*(t) = TEC(t) TEC mean (t) σ(t) Batas atas dan batas bawah (upper and lower bound) diperoleh dari suatu perhitungan statistic. Batas atas adalah nilai rata-rata TEC normal ditambah sepertiga jangkauan, sedangkan batas bawah adalah nilai rata-rata TEC normal dikurangi sepertiga jangkauan. Bila kurva merah (nilai TEC obsrvasi) berada diluar kurva batas atas(kurva hitam) dan kurva batas bawah (kurva hitam) maka dikatakan terjadi anomali. Perhitungan nilai STEC dan dtec menggunakan perangkat lunak GAMIT sedangkan pemetaan gambar dtec menggunakan perangkat lunak GMT (Generic Map Tool). Data magnetik yang digunakan dalam penelitian ini adalah data Dst bulan Desember 4 sampai Bulan April. Data Dst ini digunakan untuk menganalisis kejadian badai magnetik yang mempengaruhi nilai TEC. Prinsip perhitungan TEC adalah sbb: STEC dimana : 1 4,8 L1 L1 L L T ion L1=17,4 MHz, 16 JURNAL METEOROLOGI DAN GEOFISIKA, Vol. 9 No.1 Juli 8 : 11-3

7 (a) (b) gempabumi, penurunan TEC secara signiikan ini dapat terlihat pada graik TEC tanggal 1 Desember 4 yang terlihat turun dibawah harga rata-ratanya pada stasiun ABGS, BSAT, MKMK, LNNG, PBAI, PRKB dan PSKI. 4. Anomali TEC saat gempabumi tanggal 6 Februari Gambar 7. Diagram alir perhitungan STEC dan dtec(a), Diagram alir perhitungan VTEC dan distribusi TEC (b). Diagram alir perhitungan graik nilai STEC dan dtec serta VTEC berikut peta distribusi TEC per stasiun dapat dilihat pada Gambar di atas. 4. ANALISIS DAN PEMBAHASAN 4.1 Anomali TEC saat gempabumi tanggal 6 Desember 4 bumi tanggal 6 Desember dengan kekuatan 9, SR, kedalaman 3 km, episenter pada 3,9 LU 9,98 BT merupakan gempabumi dahsyat di Sumatera dan menimbulkan tsunami yang menelan korban jiwa sekitar 4. orang. Dari hasil analisis peta dtec terlihat terjadi anomali (penurunan TEC) pada tanggal 7 Desember 4 atau hari sebelum gempabumi utama terjadi, penurunan TEC berlanjut pada tanggal 8,9,dan 1 Desember 4 atau 19, 18, 17 hari sebelum gempabumi terjadi, penurunan TEC ini disebabkan adanya gangguan badai magnetic pada tanggal sampai 7 Desember 4 dan dapat terlihat pada graik Dst yang naik secara signiikan, kemudian menuju kondisi normal dan turun lagi menjelang hari sebelum gempabumi terjadi. Penurunan nilai TEC hari sebelum gempabumi terjadi dapat dipandang sebagai tanda awal (preqursor) saat persiapan Dari hasil analisis peta dtec terlihat terjadi anomaly (penurunan TEC) pada tanggal 1 dan 3 Februari atau hari dan 3 hari sebelum gempa bumi bumi tanggal 6 Februari dengan kekuatan 6,8 SR, kedalaman 36 km, episenter pada,9 LU 9,9 BT. Penurunan nilai TEC ini terus berlanjut sampai 3 hari setelah gempabumi tanggal 6 ebruari terjadi. Anomali penurunan nilai TEC ini dapat dipandang sebagai tanda awal (preqursor) saat persiapan gempabumi karena tidak ada gangguan badai magnetik pada tanggal tersebut yang terlihat pada graik Dst (dalam keadaan tenang), penurunan TEC terlihat pada graik TEC tanggal 1 Februari yang terlihat turun dibawah harga rata-ratanya pada stasiun BSAT dan PSKI Anomali TEC saat gempabumi tanggal 8 Maret Pada tanggal 8 Maret terjadi gempabumi dengan kekuatan 8,6 SR, kedalaman 4 km, episenter pada,8 LS 97,1 BT pusat gempabumi di laut. Dari hasil analisis peta dtec terlihat terjadi anomaly (penurunan TEC) pada tanggal 4 Maret atau 4 hari sebelum gempabumi terjadi. Penurunan nilai TEC ini dapat dipandang sebagai tanda awal (preqursor) saat persiapan gempabumi, penurunan graik TEC pada tanggal 4 Maret terlihat di Stasiun PSKI dan BSAT. Dari hasil analisis Dst tidak menunjukan adanya gangguan badai magnetic pada tanggal tersebut. 4.4 Anomali TEC saat gempabumi tanggal 3 Maret bumi yang kedua pada bulan Maret terjadi pada tanggal 3, dengan kekuatan,8 SR, kedalaman 3 km, episenter pada 3,6 LU 94,79 BT pusat gempabumi 17

8 ISSN di laut. Dari hasil analisis peta dtec terlihat terjadi anomaly (penurunan TEC) pada tanggal 7 dan 9 Maret atau 3 dan 1 hari sebelum gempabumi terjadi. Penurunan nilai TEC ini dapat dipandang sebagai tanda awal (preqursor) saat persiapan gempabumi,penurunan graik TEC terlihat dibawah harga rata-ratanya pada tanggal 7 dan 9 Maret di stasiun BSAT dan PSKI. Dari hasil analisis Dst terlihat dalam kondisi tenang atau tidak ada badai magnetic pada tanggal tersebut.. 4. Anomali TEC saat gempabumi tanggal 3 April Pada tanggal 3 April gempabumi dengan kekuatan 6, SR, kedalaman 33 km, episenter pada,4 LS LU 97,64 BT pusat gempabumi di laut. Dari peta dtec terlihat terjadi anomaly (penurunan TEC) hari sebelum gempabumi terjadi Penurunan nilai TEC ini dapat dipandang sebagai tanda awal (preqursor) saat persiapan gempabumi, penurunan terlihat pada graik TEC pada tanggal 3 Maret di stasiun BSAT dan PSKI. 4.6 Anomali TEC saat gempabumi tanggal 8 April Di bulan April gemapbumi terjadi pada tanggal 8, dengan kekuatan 6, SR, kedalaman 3 km, episenter pada,1 LS 97,97 BT pusat gempabumi di laut. Dari peta dtec terlihat terjadi anomaly (penurunan TEC) 6 hari sebelum gempabumi terjadi Penurunan nilai TEC ini dapat dipandang sebagai tanda awal (preqursor) saat persiapan gempabumi, penurunan graik TEC terlihat pada tanggal 3 April di stasiun BSAT dan PSKI nilai TEC pada batas minimum rata-ratanya. 4.7 Anomali TEC saat gempabumi tanggal 1 April bumi kedua pada terjadi tanggal 1 April dengan kekuatan 6,7 SR, kedalaman 19 km, episenter pada 1,64 LS 99,6 BT pusat gempabumi di laut. Dari peta dtec terlihat terjadi anomaly (penurunan TEC) 6 hari sebelum gempabumi terjadi,penurunan nilai TEC ini dapat dipandang sebagai tanda awal (preqursor) saat persiapan gempabumi, penurunan graik TEC pada tanggal 4 April di stasiun BSAT dan PSKI 4.8 Anomali TEC saat gempabumi tanggal 16 April Pada tanggal 16 terjadi gempabumi yang ketiga di bulan April dengan kekuatan 6,1 SR, kedalaman km, episenter pada 1,4 LS 96,8 BT pusat gempabumi di laut. Dari peta dtec terlihat terjadi anomaly (penurunan TEC) hari sebelum gempabumi terjadi Penurunan nilai TEC ini dapat dipandang sebagai tanda awal (preqursor) saat persiapan gempabumi, penurunan graik TEC pada tanggal 11 April di stasiun BSAT dan PSKI 4.9 Anomali TEC saat gempabumi tanggal 8 April Pada tanggal 8 April terjadi gempabumi dengan kekuatan 6, SR, kedalaman 3 km, episenter pada,3 LU 9,6 BT pusat gempabumi di laut. Dari peta dtec terlihat terjadi anomaly (penurunan TEC) pada tanggal 17,19 dan 1 yang disebabkan adanya gangguan badai magnetik. Sedangkan penurunan nilai TEC pada tanggal 6 dan 7 April 8 atau dua hari dan sehari sebelum gempabumi terjadi dapat dipandang sebagai tanda awal (preqursor) saat persiapan gempabumi karena kondisi indek Dst dalam keadaan tenang, penurunan graik TEC terlihat pada tanggal 17,,4,,6 dan 7 April di stasiun BSAT dan PSKI. 4.1 Pembahasan TEC di Ionosphere wilayah Sumatera Desember 4 sampai dengan April Dari hasil pengolahan data GPS-TEC SUGAR selama Desember 4 sampai April menunjukan bahwa adanya variasi harian TEC di wilayah Sumatera yang dapat dilihat pada Gambar 1. Nilai TEC mencapai puncaknya pada siang hari (± 6 ) antara pukul UT atau pukul WIB dan menurun pada malam 18 JURNAL METEOROLOGI DAN GEOFISIKA, Vol. 9 No.1 Juli 8 : 11-3

9 Dst index(nt) hari ((± ). Ini disebabkan karena pengaruh matahari dimana pada siang hari sinar ultra violet menyebabkan terjadinya reaksi ion yang meningkatkan konsentrasi elektron di ionosera, sebaliknya pada malam hari konsentrasi elektron menurun. Variasi harian ini terlihat pada hasil pengolahan PS- TEC dan PG-TEC di semua stasiun GPS- SUGAR. Pada Gambar 1 di stasiun ABGS terlihat setiap satu potong kurva dengan warna yang sama merupakan rekaman TEC dari satu satelit. Setiap stasiun GPS dapat dilintasi 1 sampai kali dalam sehari. Pada Gambar 1 menunjukan graik variasi harian indeks Dst (Disturbance storm index) dan variasi TEC sebagai ungsi waktu dari stasiun ABGS dan juga di Stasiun BSAT, LNNG, MKMK, PBAI, PRKB, PSKI pada Desember 4. Terlihat jelas pada semua stasiun tersebut terdapat anomali Dst sekitar tanggal -7 Desember 4 dengan nilai ±1 nt. Anomali Dst ini disebabkan adanya gangguan badai magnetik global. Sebagai akibatnya, terjadi penurunan nilai TEC pada tanggal 7, 8, 9 Desember 4. Setelah itu distribusi nilai TEC normal kembali dan pada tanggal 1 Desember 4 nilai TEC turun sampai dibawah nilai batas bawah (lower bound). Kurva hitam merupakan batas atas (upper bound) dan batas bawah, sedangkan kurva merah merupakan nilai TEC hasil observasi. Anomali TEC pada tanggal 1 Desember 4 boleh jadi dapat dipandang sebagai pertanda awal (precursory signal) saat persiapan gempabumi dasyat tanggal 6 Desember 4 di Aceh dengan magnitude 9, SR karena pada tanggal tersebut indeks Dst tidak menunjukan adanya gangguan badai magnetik (anomali indeks Dst antara 3 nt dianggap sebagai gangguan badai magnetic). Stasiun MKMK yang berjarak 861 Km (Tabel.) dari episenter gempabumi masih terlihat merekam anomali TEC, walaupun penurunannya kecil, sedangkan stasiun ABGS yang mempunyai jarak paling dekat dengan episenter gempabumi yaitu 8 km (Tabel ) terlihat sangat jelas adanya anomali, TEC turun dengan signiikan ±7 diluar batas bawah atau sekitar 1% dari nilai TEC antara batas atas dan batas bawah. Tabel. Jarak episenter (km) terhadap tasiun GPS No. Stasiun 1 ABGS BSAT 3 LNNG 4 MKMK PBAI 6 PRKB 7 PSKI Selanjutnya pada tanggal 8 dan januari nilai Dst turun sampai 1 nt disebabkan adanya gangguan badai magnetik January UT Day Gambar 8. Graik TEC dan Dst Stasiun BSAT bulan Januari Tampak jelas pada stasiun BSAT (Gambar 9) nilai TEC pada tanggal Januari naik melebihi nilai batas atasnya sekitar 1% dari nilai batas atas dan batas bawah. Tidak terlihat adanya penurunan TEC sebelum gempabumi tanggal 1 Januari, kemungkinan hal ini disebabkan karena jarak episenter dengan stasiun GPS terlalu jauh. Jarak Episenter dengan stasiun GPS terdekat 894 Km dan terjauh 167 Km (Tabel ). Pada tanggal 1 18 Februari terlihat adanya badai magnetic dimana nilai indeks Dst turun sampai -1 nt. Gangguan badai magnetik ini menyebabkan nilai TEC naik segniikan pada tanggal 14, 1 dan 17 Februari 4 di stasiun PSKI (Gambar 14). Selanjutnya pada tanggal 6 sampai 9 Maret dan 16 sampai 18 Maret juga terjadi gangguan magnetik hingga -9 nt yang menyebabkan nilai TEC melebihi batas atas di stasiun PSKI (Gambar 16), sedangkan pada bulan April terjadi dua kali gangguan badai magnetik yaitu tanggal sampai 7 dan tanggal 1 April (Gambar 18). Gangguan magnetik ini menyebabkan nilai TEC naik diluar batas atas

10 ISSN Pada periode tenang (tanpa gangguan magnetik) bulan Desember 4 sampai April dapat diidentiikasi anomali TEC sebelum terjadi gempabumi (. Dari 1 gempabumi dengan M 6. dapat diidentiikasi 9 gempabumi atau 9 % ditandai munculnya anomali TEC (penurunan nilai TEC) 6 hari sampai 1 hari sebelum gempabumi terjadi. Munculnya anomali TEC ini bisa dipandang sebagai pertanda 9b awal (precursory signal) sebagai persiapan pelepasan energi akan terjadinya gempabumi. Hasil penelitian ini hampir sama dengan yang dilakukan di Taiwan oleh Liu et. al (4) dimana dari gempabumi dengan M 6. yang mereka diteliti 16 gempabumi diantaranya muncul anomali TEC atau 8%. Dari hasil penelitian ini menunjukan bahwa enomena anomali TEC mempunayi peluang untuk digunakan sebagai salah satu parameter prediksi gempabumi jangka pendek dimasa mendatang. Gambar 1. Analisis spatial kondisi dtec bulan Desember 4. Gambar 11. Hasil Analisis TEC dan Dst Bulan Desember 4 pada Stasiun ABGS TERJADI PENURUNAN TEC HARI SEBELUM GEMPABUMI TANGGAL 6 FEBRUARI Gambar 9. Contoh Hasil Pengolahan LG- STEC hari ke 336 Tahun 4 (tanggal 1 Desember 4) H- H-3 H-,M=6,8 6-- Gambar 1. Analisis spatial kondisi dtec bulan Februari JURNAL METEOROLOGI DAN GEOFISIKA, Vol. 9 No.1 Juli 8 : c

11 Geographic Latitude ( XN) Geographic Latitude ( XN) Feb.1 Feb. Feb.9 Feb Feb. Feb.6 Feb.1 Feb Feb.3 Feb.7 Feb.11 Feb Feb.4 Feb.8 Feb.1 Feb TEC (TECU) TEC (TECU) Dst index(nt) Geographic Latitude ( XN) Geographic Latitude ( XN) Apr.1 Apr. Apr.9 Apr.13 Apr. Apr.6 Apr.1 Apr.14 Apr.3 Apr.7 Apr.11 Apr.1 Apr.4 Apr.8 Apr.1 Apr.16 TEC (TECU) TEC (TECU) Dst index(nt) 1 February TERJADI PENURUNAN TEC,1 HARI SEBELUM TERJADI GEMPABUMI TGL 8 APRIL Feb.17 - Feb.18 - Feb.19 - Feb Feb.1 - Feb. - Feb.3 - Feb Feb. Feb.6 Feb.7 Feb H=,M=6, 8-4- STASIUN PSKI 1 1 PS 3 PS 6 7 GB UT Day Gambar 13. Hasil Analisis TEC dan Dst Bulan Februari pada Stasiun PSKI Gambar 16. Analisis spatial kondisi dtec bulan April April Apr.17 - Apr.18 - Apr.19 - Apr Apr.1 Apr. Apr.3 Apr Apr. Apr.6 Apr.7 Apr Apr.9 Apr STASIUN PSKI UT Day Gambar 14. Analisis spatial kondisi dtec bulan Maret Gambar 17. Hasil Analisis TEC dan Dst Bulan April pada Stasiun PSKI Hasil selengkapnya hasil pengolahan dapat dilihat pada table dibawah ini. EQ YY MM DD HH-MIN-SEC ( UTC ) EPIC DEPT ( KM) MAG P-EQ ,4 3,9 9,98 3 9, ,8,9-9,3 1 6,7 x ,6,9 9,9 36 6,8 -, ,1,8 97,1 4 8,6-6,-, ,66 3,6 94,79 3 6, -3, ,1 -,4-97, , , -,1-97,97 3 6, -6, , -1,64-99,6 19 6, ,47 1,4-96,8 6, ,6,3-96,8 3 6, -,-1. KESIMPULAN Gambar 1. Hasil Analisis TEC dan Dst Bulan Maret pada Stasiun PSKI Dari hasil perhitungan dan analisis VTEC, STEC, dtec,graik TEC dan indek Dst selama bulan Desember 4 sampai bulan 1

12 ISSN April di wilayah Sumatera (SUGAR), maka dapat disimpulkan sebagai berikut: 1. Terjadi variasi TEC harian, dimana nilai TEC maksimum dicapai pada siang hari sekitar jam 13. LT dan nilai TEC minimum terjadi pada malam hari sekitar. LT.. Nilai TEC menurun atu bertambah (terjadi anomali) saat ada gangguan badai magnetic global.badai magnetic global merambat melalui gelombang elektromagnetik dan pada saat melewati lapisan ionosera maka nilai TEC akan terganggu. 3. Anomali (penurunan) TEC terjadi 1 sampai 6 hari sebelum terjadi gempabumi, 4. Dari 1 gempabumi dengan M 6, SR yang terjadi di Sumatera selama bulan Desember 4 sampai April, terdapat 9 gempabumi yang sebelum terjadinya ditandai dengan penurunan (anomaly) TEC yang dapat dipandang sebagai pertanda awal (preqursory signal) saat persiapan gempa. 6. PUSTAKA Bishop, G.J., Mazzella, A.J., Holland, E., and Rao, S., Algorithms that use the ionosphere to control GPS errors, in Proceedings o the IEEE 1996 Position Location and Navigation Symposium (PLANS), IEEE Press, Piscataway, N.J., pp Bishop, G.J., Coco, D.S., Lunt, N., Coker, C., Mazzella, A.J., and Kersley, L., Application o SCORE to extract protonospheric electron content rom GPS/NNSS observations, in Proceedings o ION GPS 97, Inst. o Navig., Alexandria, Va., pp Chapman, S., The electric current-systems o magnetic storms, Terr. Mag. Atomos. Phys., 4, 349, 193. Chapman, S., The morphology o magnetic storms: an extension o the analysis o Ds, the disturbance local-time inequality, Annali di Geoisica,, 481, 19. Coco, D. S., C. Coker, S. R. Dahlke, and J. R. Clynch, Variability o GPS satellite dierential group delay biases, IEEE Trans. Aeros. and Electr. Syst., AES-7, Davies, K., 199. Ionospheric Radio, Peter Peregrinus Ltd., 8pp. Hayakawa, M., O.A. Molchanov, N. Shima, A.V. Shvets and N. Yamamoto.,. Wavelet analysis o disturbances in subionospheric VLF propagation correlated with earthquakes, in Seismo Electromagnetics (Lithosphere- Atmosphere-Ionosphere Coupling), Ed. By M. Hayakawa and O.A. Molchanov, TERRAPUB, Tokyo, 3-8. Homann-Wellenho, B., Lichtenegger, H., Collins, J., 1997, GPS - Theory and Practice, 4th revised edition, Springer, Wien - New York. Kleusberg, A. and Teunissen, P. (eds), GPS or Geodesy, International School, Delt, The Netherlands, 6 March - 1 April 199, Springer Verlag, New York Komjathy, A., Global Ionospheric Total Electron Mapping Using the Global Positioning System, PhD Thesis, The Univ. o New Brunswick, 48 pp. Kopytenko, Y.A., Matishvili, T.G., Voronov, P.M., Kopytenko, E.A., and Molchanov, O.A., Detection o ultra-low requency emissions connected with the Spitak eartgquake and its atershock activity, based on magnetic pulsations data at Dusheti Langley, R.B., NAVSTAR GPS Internet Connections, ces.html. Lanyi, G.E. and Roth, T., A comparison o mapped and measured total ionospheric electron content using global positioning system and beacon satellite observations, Radio Sci., 3 (4), Liu, J.Y., Chen, Y.I., Pulinets, S.A., Tsai, Y.B., and Chuo, Y.J.,. Seismoionospheric signatures prior to M 6. Taiwan earthquakes, Geoph. Res. Lett., 7(19), Liu, J.Y., Chuo, Y.J., Shan, S.J., Tsai, Y.B., Chen, Y.I., Pulinets, S.A., and Yu, S.B., 4. Pre-earthquake ionospheric anomalies registered by continuous GPS TEC measurements, Ann. Geoph.,, JURNAL METEOROLOGI DAN GEOFISIKA, Vol. 9 No.1 Juli 8 : 11-3

13 Mc. Namara, L.F., Radio Amateurs Guide to the Ionosphere, Krieger Publ. Comp., Malabar, FL. Rothacher, M., and Mervart, L Bernese GPS Sotware Ver. 4., Astronomical Institute, University o Bern. Sardon, E., Rius, A., and Zarraoa, N., Estimation o the transmitter and receiver dierential biases and the ionospheric total electron content rom Global Positioning System observations, Radio Sci., 9 (3), Sugiura, M., Hourly values o equatorial Dst or the IGY, Ann. Int. Geophys. Year, 3, 9, Pergamon Press, Oxord, Sugiura, M., Quiet time magnetospheric ield depression at Re, J. Geophys. Res., 78, 318, Sugiura, M., and S. Chapman, The average morphology o geomagnetic storms with sudden commencement, Abandl. Akad. Wiss. Göttingen Math. Phys. Kl., Sondernhet Nr.4, Göttingen,